三峽庫區水樣中重金屬含量及其對斑馬魚胚胎發育的毒性評價

郭勇勇 華江環 楊麗華 周炳升

(中國科學院水生生物研究所, 淡水生態與生物技術國家重點實驗室, 武漢 430072)

三峽庫區水樣中重金屬含量及其對斑馬魚胚胎發育的毒性評價

郭勇勇 華江環 楊麗華 周炳升

(中國科學院水生生物研究所, 淡水生態與生物技術國家重點實驗室, 武漢 430072)

三峽庫區水體污染對庫區魚類生存的影響尚不明晰, 因此測試庫區水體中污染物含量及其對魚類早期發育的影響對于庫區生態漁業的安全發展具重要意義。研究于三峽庫區壩前段典型區域設置3個采樣點,用ICP-MS分析了原水中13種重金屬的含量, 并將斑馬魚胚胎暴露于纖維膜過濾后的水樣中, 測試其內分泌及發育毒性效應。結果表明, 三峽庫區水樣中 13種重金屬的濃度均低于地表水環境標準規定的限值, 且3號采樣點重金屬濃度普遍比1號和2號采樣點高。經7d暴露后, 處理組和對照組中斑馬魚胚胎的孵化率、相對成活率和畸形率(畸形指標包括原腸胚終止、心跳/心率、脊柱畸形、心包囊水腫)均無明顯差異； 但幼魚體內生殖相關基因(如α型雌激素受體, 雄激素受體和芳香化酶)、甲狀腺相關基因(如甲狀腺激素受體、甲狀腺激素釋放激素、Ⅱ型脫碘酶)和神經發育相關基因(如α1微管蛋白、突觸蛋白、生長相關蛋白)的轉錄水平較之對照組(曝氣 24h的自來水)均顯著下降。上述結果表明, 三峽庫區水體中 13種重金屬的含量仍處于較低水平, 且在此污染水平下不會對斑馬魚胚胎發育過程產生顯著影響。此外, 污染水體導致的分子水平上的變化是否會引起魚類生長發育過程中的長期影響尚有待進一步研究。

三峽庫區； 重金屬； 斑馬魚； 發育毒性

隨著三峽水庫進入正常運行階段, 這一工程引發的環境問題成為政府和學術界關注的焦點。雖然國家大力實施節能減排政策, 但是由于庫區上游制造業、采礦業、電力、化學原料生產和金屬冶煉等工業產業比較集中, 再加上農藥、化肥以及沿江城市廢棄物等的大量排放, 給庫區水環境帶來嚴重的污染負荷[1,2]。重金屬具有分布廣泛、環境行為復雜、毒性效應閾值低和毒性效應大等特點, 因而其污染問題一直備受關注。我國專家學者對三峽水庫建成前后重金屬的含量、來源進行了系統的研究。結果表明, 三峽庫區蓄水后水體中部分重金屬污染呈加重的態勢, 但隨著蓄水時間的增長某些重金屬含量又現出逐年降低的趨勢[3,4]。因此三峽庫區水環境中重金屬污染水平需要長期持續的動態監測。環境中的重金屬不僅很難被自然降解, 還可能在生物作用下轉化為毒性更強的有機金屬化合物, 并在水生生物體內富集放大, 最終隨食物鏈進入人體。重金屬可與生物體內的核酸、酶、維生素、激素等物質發生反應, 改變其化學結構和生物活性[5], 進而對遺傳發育、內分泌以及中樞神經等多個系統的功能產生損害引發病變甚至死亡[6—8]。因此, 在掌握重金屬污染水平的同時, 評價在現有污染水平下對魚類健康的影響對于生態漁業的發展也十分有必要。

在實際水體中存在著多種污染物質, 不同污染物之間還存在著協同、拮抗和相加等相互影響, 因此針對單一污染物研究所得的毒性效應和風險往往不能真實反映實際環境污染的危害水平。水樣的生物毒性監測可以彌補化學監測和單一污染物評價在目標物質選擇上的不足, 有效評估水體污染引起的毒性效應和潛在生態風險, 因而被廣泛應用[9,10]。鑒于目前關于三峽庫區水質污染對魚類潛在毒性效應和風險的研究數據仍然缺乏, 本研究在三峽庫區壩前段典型區域設置采樣點, 分析水樣中重金屬的含量水平, 并以早期發育階段的斑馬魚為模型, 測試庫區水樣對魚類的發育和健康存在的潛在危害, 評價在目前污染水平下庫區水體對魚類的安全性。

1 材料與方法

1.1 水樣的采集及前處理

選擇三峽庫區壩前段秭歸縣干流(1號采樣點)、典型庫灣(2號采樣點)、百歲溪(距大壩7.3 km) (3號采樣點)等設置三個采樣點。每個采樣點用棕色采樣瓶采集2.5 L 水樣, 運回實驗室后用0.7 μm孔徑纖維膜過濾后低溫保存, 使用前放置于培養箱內升溫。

1.2 水樣重金屬分析

現場采集水樣10 mL到20%硝酸浸泡過夜的塑料離心管中, 向其中加入一定量的高純硝酸使其終濃度為 2%, 水樣運回實驗室后低溫保存。利用ICP-MS (NexION300X, PerkinElmer, MA)測定采集水樣中Cu、Zn、As、Cd、Cr、Mn、Co、Ni、Be、Pb、Ti、In和 Sb的濃度, 并以115In、103Rh為雙內標校正系統。以上實驗所用硝酸和鹽酸均為優級純,超純水電阻率≥18.0 M?·cm。目標元素標樣購自國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

1.3 斑馬魚的飼養及魚卵的收集

斑馬魚成魚飼養以及胚胎收集、喂養方法參照Shi等[11]的方法。斑馬魚 (野生型AB strain)在封閉式活性碳過濾循環水系統中飼養, 光照周期為 14h︰10h (光︰暗), 水溫(28±0.5)℃。成魚每日投喂豐年蟲(Artemia nauplii)兩次, 斑馬魚飼料一次。雄魚和雌魚以 2︰1的比例過夜混養, 次日早晨燈光刺激產卵。所產魚卵以活性炭過濾水清洗剔除異物, 在解剖鏡下挑選受精后 2h內發育正常的囊胚期魚卵作為實驗材料。

1.4 胚胎暴露實驗

首先用剛孵出的斑馬魚幼魚, 將水樣梯度稀釋后進行96h 急性毒性測試, 測試過程參照美國環境保護局制定的急性毒性標準方法[12]。在實驗過程中,原液和稀釋液暴露組與對照組相比均未發現明顯的急性毒性。因此, 在以下實驗中均采用原液暴露。

胚胎隨機分配至 12個玻璃培養皿中, 置于(28±0.5)℃的生化培養箱中孵化。共設3個采樣點和一個對照組(24h曝氣后的自來水), 每組3個平行皿,每個培養皿裝有50 mL暴露液和360顆卵。每天定時更換所有暴露液, 于倒置顯微鏡下觀察記錄胚胎的孵化、畸形(包括原腸胚終止、心跳/心率、脊柱畸形、心包囊水腫)和死亡情況, 并及時除去培養液中卵膜、死卵及臟物。

暴露周期為7d。在暴露結束后, 按下述方法統計一下指標:

胚胎孵化率=孵化的斑馬魚胚胎數量/總的斑馬魚胚胎數量

幼魚存活率=成活的斑馬魚胚胎數量/總的斑馬魚胚胎數量

1.2.2 覆膜對啤酒大麥生長的影響測定 采用全膜覆蓋種植方式，于2017年3月27日種植。用0.006mm厚規格的超薄膜，穴播，每帶6行，行距15 cm，穴距8～10 cm，每穴7～8粒，播種量75 000穴/hm2，525萬～600萬粒/hm2，種植小區面積20 m2，設3個重復，以露地種植方式為對照（CK），7月上旬收獲。

總畸形率=發生畸形的斑馬魚胚胎總數/總的斑馬魚胚胎數量

1.5 總RNA的提取

在暴露結束后, 用0.03%的MS-222 (Sigma, MO, USA)將幼魚麻醉, 每組(3個平行)收集30條幼魚于1.5 mL EP 管中, 以PBS (pH=7.4)清洗兩次后凍存于液氮中, 抽提前加入1 mL Trizol (Invitrogen, CA, USA)試劑, 按照說明書提示的操作方法提取總RNA, 并以 DANase Ⅰ (TaKaRa, 大連, 中國)去除DNA污染。1.2% (質量體積比)瓊脂糖凝膠電泳(0.5× TBE buffer, 150 V, 15min)檢測 RNA完整性, UV-2000紫外/可見分光光度計(Unico, Dayton, USA)測定RNA濃度及純度。

1.6 基因轉錄水平的測定

取1 μg總RNA進行反轉錄反應得到cDNA, 采用 SYBR? Green I染料法于 ABI 7300 PCR儀(Perkin-Elmer Applied Biosystems, USA)上對目標基因進行定量檢測。反應體系均為 20 μL, 包括2×SYBR? Green master mix (Toyobo, Osaka, Japan) 10 μL, ROX Reference Dye (50×) 0.4 μL, 5 μmol/L正義和反義引物各 0.5 μL, cDNA 1 μL和 7.6 μL ddH2O。PCR反應程序為95℃預變性3min； 40個循環: 95℃變性30s, 58℃復性20s, 72℃延伸35s； 最后一個循環做熔解曲線: 95℃變性30s, 58℃復性20s, 72℃延伸35s。內參基因選擇β-actin, 引物如下: 正義引物 5′-CGAGCAGGAGATGGGAACC-3′, 反義引物5′-CAACGGAAACGCTCATTGC-3′。各目標基因引物見表1。

所有樣品的定量檢測至少重復2次, 每次3個平行。以delta-delta Ct法計算目標基因mRNA的相對表達量。

1.7 數據處理與分析

數據的正態分布和方差齊性檢驗分別用 Kolmogorov-Smirnov和Levene’s tests 法進行。對于不符合檢驗條件的數據進行轉換處理, 使其符合相關分析方法的分析條件。采用單因素方差分析(One-way ANOVA)分析對照組與各處理組之間的差異顯著性水平。所有數據處理均采用 SPSS 13.0(SPSS, Chicago, IL, USA)軟件實現。所有結果表示為算術平均值±標準誤(mean±SEM)。當P＜0.05時, 即認定為具有顯著性差異； 當 P＜0.01時, 則認定為差異極顯著。作圖使用GraphPad Prism 5.01 (GraphPad Software Inc., CA, USA)軟件完成。

2 結果

表2列出了三個采樣點水樣中13種重金屬的濃度, 從表中數據可以看出, 1號和2號采樣點的水質污染情況相近但均輕于3號采樣點。

2.2 三峽庫區水樣對斑馬魚胚胎發育的毒性效應

如表 3所示, 三峽庫區各采樣點水樣暴露組胚胎幼魚的死亡數與對照組相比均無顯著性的增加。各組斑馬魚胚胎的死亡主要發生于受精后 24h內, 48h后死亡數量較少。暴露7d后, 三峽庫區水樣暴露組中斑馬魚胚胎的孵化率和總畸形率與對照組相比均無顯著性差異(表3)。其中各暴露組8 hpf死亡樣品中原腸胚終止約占50%, 24 hpf畸形率心跳停止︰原腸胚發育終止︰心包囊水腫總比例為2︰1︰1, 與對照組相比均無顯著差異。

表1 定量PCR所用引物信息Tab. 1 Primers for q-RT-PCR

表2 三個采樣點原水樣中13種重金屬的濃度Tab. 2 Concentrations of 13 heavy metals in water samples from the Three Gorges Reservoir Region

2.3 三峽庫區水樣對斑馬魚基因轉錄水平的影響

對暴露 7d后幼魚體內生殖相關基因的轉錄水平進行檢測。結果表明, 在暴露于采樣點 1水樣的幼魚體內α型雌激素受體(er α)和雄激素受體(ar)基因的轉錄水平與對照組相比顯著降低(P＜0.05), 暴露于采樣點3水樣的幼魚體內er α、ar和芳香化酶cyp19的轉錄水平與對照組相比顯著降低(圖1)。

對暴露 7d后幼魚體內甲狀腺相關基因的轉錄水平進行了定量檢測。結果表明, 在暴露于采樣點1水樣的幼魚體內脫碘酶(dio)基因的轉錄水平與對照組相比顯著降低(P＜0.05)； 暴露于采樣點 2水樣的幼魚體促甲狀腺激素(tsh β)和甲狀腺激素受體(tr α)基因的轉錄水平與對照組相比顯著降低(P＜0.05)；暴露于采樣點3水樣的幼魚體tsh β、tr α和dio基因的轉錄水平與對照組相比均顯著降低(P＜0.05)。

對暴露7d后幼魚體內神經發育相關基因的轉錄水平進行了定量檢測。結果表明, 早期生命階段斑馬魚暴露于 3個采樣點水樣后, 體內 α1微管蛋白(α1-tubulin)、突觸蛋白(syn2a)和生長相關蛋白(gap43)的轉錄與對照組相比均被顯著抑制(P＜0.05)。

表3 原水暴露對斑馬魚胚胎的毒性效應Tab. 3 Toxic effects of water samples from the Three Gorges Reservoir Region on zebrafish embryos

圖1 三峽庫區原水暴露對斑馬魚胚胎的生殖相關基因表達的影響Fig. 1 Effects on the transcription of reproduction-related genes in zebrafish larvae after the exposure to water samples

圖2 三峽庫區原水暴露對斑馬魚胚胎甲狀腺相關基因表達的影響Fig. 2 Effects on the transcription of thyroid-related genes in zebrafish larvae after the exposure to water samples

圖3 庫區原水暴露對斑馬魚胚胎的神經發育相關基因表達的影響Fig. 3 Effects on the transcription of neural development-related genes in zebrafish larvae after the exposure to water

3 討論

本研究測定了三峽庫區(干流、典型庫灣、百歲溪)水體中 13種重金屬的含量, 結果顯示, 重金屬銅、鋅、砷、鎘、鉻、錳等含量符合地表水環境質量標準基本項目Ⅰ類標準(GB3838-2002)。鈷、鎳、鈹、鉛、鈦、銦、銻等重金屬的含量也均低于地表水環境質量標準限值。比較發現, 百歲溪水樣中重金屬的含量要高于干流和典型庫灣的水樣。

先前的研究表明斑馬魚胚胎毒性試驗具有靈敏度高, 重復性好等優點, 能準確地用于評價表層水生物毒性的危害程度[13]。因此, 在本實驗中選用斑馬魚胚胎發育來評估三峽庫區原水樣對魚類的安全性。結果顯示, 與對照組相比三峽庫區 3個采樣點原水暴露均未對斑馬魚胚胎發育(如孵化率、相對成活率、畸形率)產生不良影響, 提示三峽庫區水中有毒物質所致的生態風險度目前還處于較低的水平。這一結果與水質監測結果相吻合, 先前的結果同樣表明三峽庫區水域未受到明顯的重金屬污染, 重金屬含量低于國家環境相關標準的相應限值[14]。由于蓄水后三峽庫區重點區域斷面平均流速僅為建庫前的 1/10左右, 水面變寬, 停留時間增長, 有毒物質擴散系數大大降低, 長期下去將會影響到污染物的降解與擴散, 造成有毒物質含量的上升[15]。有研究發現, 部分重金屬(Cr、Zn、Pb)在三峽庫區魚類體內富集倍數超過 1000, 說明重金屬通過食物鏈層次富集作用比較明顯, 提示需進一步密切關注重金屬在三峽庫區水體的變化及其對魚類的潛在風險[14]。

大量的生態毒理學研究表明, 在環境污染物脅迫下的生物損傷最先發生在基因水平上, 最終才在個體水平上反映出來。因而, 基因轉錄水平的改變在環境風險評價早期預警中顯得非常重要[16—19]。魚類的生殖活動受外部環境因素和神經內分泌的雙重調節, 下丘腦、腦垂體和性腺通過相互調節, 促進和制約著魚類生殖細胞的發生、性別分化和性腺發育成熟及其繁殖活動[20]。本實驗檢測了與魚類生殖(er α, er β, ar, cyp19b)、甲狀腺激素合成(tsh β, tr α, dio)和神經發育(α1-tubulin, mbp, syn2a, gap43)相關基因的轉錄水平, 結果表明, 三峽庫區各采樣點水樣均能不同程度地改變相關基因的轉錄水平。具體表現為, 采樣點 1的水樣能改變與魚類生殖(er α, ar)和神經發育相關基因(α1-tubulin, mbp, gap43)的轉錄水平, 采樣點 2的水樣能改變與魚類甲狀腺激素合成(tsh β, tr α)和神經發育相關基因的轉錄水平, 而采樣點 3的水樣能改變與魚類生殖, 甲狀腺激素合成以及神經發育相關基因的轉錄水平。因此推測3號采樣點水樣綜合毒性大于1號和2號采樣點水樣。這一結果與我們的化學分析結果相吻合, 3號采樣點水樣中Cu、Zn、Cr、Cd、Pb等含量均高于1號和2號采樣點。研究表明, 這幾種重金屬在魚類體內的富集能力為: Cd ＞ Zn ＞ Pb ＞ Cu ＞ Cr[14]。其中As、Cd、Pb等均被美國Our Stolen Future 網站列入《具有內分泌干擾效應的普遍污染物清單》中[21], 因此推測這些有毒重金屬可能與性腺和甲狀腺相關基因轉錄水平的改變有關。毒理學研究表明, 除Pb、As、Cd外, Cu、Zn、Cr、Mn、Ni、Co等重金屬也都會對生物體神經系統產生影響[22—24], 表明生物體的神經系統對重金屬污染物更為敏感。而在本研究中, 3個采樣點的水樣均能抑制斑馬魚神經發育相關基因的轉錄水平, 提示神經發育相關基因是很好的生物標志物, 同時也驗證了斑馬魚幼魚基因轉錄水平的變化與水體中重金屬污染有關的推測。

由于三峽庫區水體中污染物的分布存在一定的規律性, 即豐水期水體污染稍重于枯水期水體污染[14]。本研究中所用的水樣采集于2013年4月, 只能代表三峽庫區這一期間內的水質情況, 因而需要對三峽庫區上游水體中各有毒物質的含量進行動態監測和長期評估。此外, 在有毒物質長期存在條件下是否會對上游水體區域中的魚類種群產生影響需要開展進一步的調查研究。

[1] Bulletin of Environmental and Ecological Monitoring for the Three Gorges Project of Yangtze River. Ministry of Environmental Protection of the People’s Republic of China, 2011, 51 [中華人民共和國環境保護部. 長江三峽工程生態與環境監測公報, 2011, 51]

[2] Xu X Q, Deng G Q, Hui J Y, et al. Heavy metal pollution in sediments from the Three Gorges Reservoir area [J]. Acta Hydrobiologica Sinica, 1999, 23(1): 1—10 [徐小清, 鄧冠強,惠嘉玉, 等. 長江三峽庫區江段沉積物的重金屬污染特征.水生生物學報, 1999, 23(1): 1—10]

[3] Zhang S, Li L L, Zhang Y, et al. Changes of heavy metals distribution in water body of the Three Gorges Reservoir at 135 m water level [J]. Journal of Anhui Agricultureal Sciences, 2007, 35(11): 3342—3343, 3376 [張晟, 黎莉莉,張勇, 等. 三峽水庫 135 m 水位蓄水前后水體中重金屬分布變化. 安徽農業科學, 2007, 35(11): 3342—3343, 3376]

[4] Li Q. Studyon arsenic, lead and chromium toxic heavy metals in Three lead, and chromium toxic heavy Gorges Resevroir Region atfer impoundment [D]. Thesis for Master of Engineering. Southwest University, Chongqing. 2005 [李倩. 三峽水庫蓄水后水體中有毒重金屬砷、鉛、鉻研究. 碩士學位論文. 西南大學, 重慶. 2005]

[5] Xu Y J, Liu X Z, Ma A J. Current research on toxicity effect and molecular mechanism of heavy metals on fish [J]. Marine Sciences, 2004, 28(10): 67—70 [徐永江, 柳學周,馬愛軍. 重金屬對魚類毒性效應及其分子機理的研究概況. 海洋科學, 2004, 28(10): 67—70]

[6] ?se K, Chris B, Cecilie ?. Genetic effects of high and low exposure to heavy metals [J]. Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis, 1997, 379(S1): S112

[7] Gunnar F N, Koji N, Monica N. Handbook on the Toxicology of Metals (4th edition) [M]. Amsterdam: Academic Press. 2015, 667

[8] Molly T, Mathuros R, Philip L. The developmental neurotoxicity of arsenic: cognitive and behavioral consequences of early life exposure [J]. Annals of Global Health, 2014, 80(4): 303—314

[9] Zha J M, Wang Z J. Assessment acute and chronic toxicity and endocrine disruption effects of whole effluent based on early stage development of Japanese medaka (Oryzias latipes) [J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2005, 25(12): 1682—1686 [查金苗, 王子健. 鳉利用日本青 早期發育階段暴露評估排水的急、慢性毒性和內分泌干擾效應. 環境科學學報, 2005, 25(12): 1682—1686]

[10] Chen J Z, Sun Z Z, Qu J H, et al. Water pollution and its toxicity to fishes in the major areas of the lower researches of the Yangtze River [J]. Acta Hydrobiologica Sinica, 2002, 26(6): 635—640 [陳家長, 孫正中, 瞿建宏, 等. 長江下游重點江段水質污染及對魚類的毒性影響. 水生生物學報, 2002, 26(6): 635—640]

[11] Shi X, Du Y, Lam P K, et al. Developmental toxicity and alteration of gene expression in zebrafish embryos exposed to PFOS [J]. Toxicology and Applied Pharmacology, 2008, 230(1): 23—32

[12] USEPA. Fish Acute Toxicity Mitigated by Humic Acid [M]. NW Washington D C: U S Environmental Protection Agency Office of Water. 1996

[13] Zhou Y, Xu J, Feng Y H, et al. Bio-toxicity of shallow groundwater in organic pollutants contaminated site to the development of embryos of zebrafish [J]. Journal of Ecology and Rural Environment, 2012, 28(6): 700—705 [周艷, 徐建,馮艷紅, 等. 有機污染場地淺層地下水對斑馬魚胚胎發育的生物毒性研究. 生態與農村環境學報, 2012, 28(6): 700—705]

[14] Zhang X H, Xiao B D, Chen Z J, et al. Characteristics of the distribution of Cu, Pb, Cd, Cr, Zn in Xiangxi River [J]. Resources and Environment in the Yangtze Basin, 2002, 11(3): 269—273 [張曉華, 肖邦定, 陳珠金, 等. 三峽庫區香溪河中重金屬元素的分布特征. 長江流域資源與環境, 2002, 11(3): 269—273]

[15] Lü Y B, Gong Z Y, Lian J, et al. Status of water quality in the Three Gorges after the water storage period [J]. Research of Environmental Sciences, 2007, 20(1): 1—6 [呂怡兵, 宮正宇, 連軍, 等. 長江三峽庫區蓄水后水質狀況分析. 環境科學研究, 2007, 20(1): 1—6]

[16] Pennie W, Pettit S D, Lord P G. Toxicogenomics in risk assessment: An overview of an HESI collaborative research program [J]. Environmental Health Perspectives, 2004, 112(4): 417–419

[17] Thomas R S, Rank D R, Penn S G, et al. Identification of toxicologically predictive gene sets using cDNA microarrays [J]. Molecular Pharmacology, 2001, 60(6): 1189—1194

[18] Snell T W, Brogdon S E, Morgan M B. Gene expression profiling in ecotoxicology [J]. Ecotoxicology, 2003, 12(6): 475—483

[19] Bartosiewicz M, Penn S, Buckpitt A. Applications of gene arrays in environmental toxicology: Fingerprints of gene regulation associated with cadmium chloride, benzo (a) pyrene, and trichloroethylene [J]. Environmental Health Perspectives, 2001, 109(1): 71—74

[20] Hong W S, Fang Y Q. Advances on aromatase activity in fish [J]. Journal of Fisheries of China, 2000, 24(3): 285—288 [洪萬樹, 方永強. 魚類芳香化酶活性研究的進展. 水產學報, 2000, 24(3): 285—288]

[21] Ourstolenfuture, http://www.ourstolenfuture.org/basics/chem 2list. htm

[22] Wang D Y, Wang Y. Nickel sulfate induces numerous defects in Caenorhabditis elegans that can also be transferred to progeny [J]. Environmental Pollution, 2008, 151(3): 585—592

[23] Du M, Wang D Y. The neurotoxic effects of heavy metal exposure on GABAergic nervous system in nematode Caenorhabditis elegans [J]. Environmental Toxicology and Pharmacology, 2009, 27(3): 314—320

[24] Wang Y, Xie W, Wang D Y. Transferable properties of multi-biological toxicity caused by cobalt exposure in Caenorhabditis elegans [J]. Environmental and Toxicological Chemistry, 2007, 26(11): 2405—2412

[25] Wang D Y, Shen L L, Wang Y. The phenotypic and behavioral defects can be transferred from zinc exposed nematodes to their progeny [J]. Environmental Toxicology and Pharmacology, 2007, 24(3): 223—230

ANALYSIS OF HEAVY METALS IN THE SURFACE WATER FROM THE THREE GORGES RESERVOIR AND ITS TOXIC EFFECTS ON THE EMBRYONIC DEVELOPMENT OF THE ZEBRAFISH

GUO Yong-Yong, HUA Jiang-Huan, YANG Li-Hua and ZHOU Bing-Sheng
(Institute of Hydrobiology, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430072, China)

It has been obscure whether the pollution in the Three Gorges Reservoir (TGR) has impacts on the survival of fish that inhabit in the upstream of TGR, thus it is very important to monitor the pollution level and to investigate the toxic effects on fish early development. In this study, we collected surface water samples from three typical areas of the TGR, and employed the ICP-MS method to determine the concentrations of 13 typical heavy metals. We also evaluated the toxic effects by exposing zebrafish embryos (2h post-fertilization, hpf) to filtrated water samples until 168 hpf. The concentrations of 13 heavy metals in the TGR were all under the limits set by the environmental quality standards for surface water. We then examined the developmental endpoints, the transcription of several key genes in reproduction, in the synthesis of thyroid hormone, and in the neural development of fish. There were no significant differences in hatching, survival, and deformity rates between embryos exposed to the TGR water and the control group. However, zebrafish larvae exposed to TGR surface water showed reduced transcription of genes involved in reproduction (er α, ar, and cyp19b), in the synthesis of thyroid hormone (tr α, tsh β, and dio) and in the neural development (α1-tubulin, syn2a, and gap43), and the water from site 3 had the most profound effects. Our results suggested that there might not be considerable heavy metal pollution in the surface water of the TGR, and that the early development of fish might not be affected at this pollution level. Further study is needed to test whether the molecular-level alteration may have long-term effects on the development of individual fish.

The Three Gorges Reservoir； Heavy metal； Zebrafish； Developmental toxicity

X171.5

A

1000-3207(2015)05-0885-08

10.7541/2015.117

2015-02-16；

2015-04-10

中國長江三峽集團公司科研項目(CT-12-08-01)資助

郭勇勇(1983—), 男, 湖南邵陽人； 碩士； 主要研究方向為環境毒理學。E-mail: yyguo@ihb.ac.cn

楊麗華(1984—), 女, 河北滄州人； 博士； 主要研究方向為環境毒理學。E-mail: lhyang@ihb.ac.cn